1IES Pando - Oviedo – Departamento de Biología y Geolo gía

© J. L. Sánchez Guillén

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¿QUÉ ES LA GENÉTICA?

Definiremos la Genética como la parte de la Biologí a que se ocupa del estudio de la herencia biológica, intentando explic ar los mecanismos y circunstancias mediante los cuales se rige la trans misión de los caracteres de generación en generación.

¿QUÉ ES LA GENÉTICA MOLECULAR?

La genética molecular estudia estos procesos desde un punto de vista químico.

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Breve apunte biográfico sobre MendelMendel, el padre de la genética, nació el 22 de julio de 1822 en Heinzendorf (hoy Hyncice, República Checa) en el seno de una familia campesina. En 1843 ingresó en el monasterio de Brünn (hoy Rp. Checa), donde fue ordenado sacerdote en 1846. Nombrado abad, trabajó durante toda su vida estudiando cruzamientos e hibridaciones de plantas, especialmente de guisantes, en la huerta del monasterio. En 1865 presentó sus descubrimientos ante la Sociedad de Historia Natural de Brünn que a pesar de su difusión pasaron inadvertidos. Casi cincuenta años después, a principios del siglo XX, el holandés Hugo de Vries, Correns (en Alemania), Tschermak (en Austria) y Beteson (en Inglaterra), casi simultáneamente redescubrieran la monografía de Mendel.Falleció el 6 de enero de 1884 en Brünn.

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Variedades de guisantes estudiadas por Mendel.

Variedades en el guisante

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CONCEPTO CLÁSICO Y MOLECULAR DE LOS GENES

Para Mendel (1822-1884) los genes eran considerados como factores hereditarios que determinaban las características externas de los seres vivos. En su época se ignoraban su composición química o su localización. Para poder referirse a ellos fueron denominados mediante letras. Así, en los guisantes, el gen A determina que las semillas sean de color amarillo y el gen a hace que sean verdes. Pero nadie sabía qué era lo que hacía que los guisantes fueran verdes o amarillos ni cómo lo hacía. Esto es, no se sabía la naturaleza de los factores hereditarios ni cuál era su mecanismo de actuación

Fig. Imagen de un cromosoma; al lado, esquema del cromosoma número 9 humano mostrando la posición aproximada del gen que determina los grupos sanguíneos ABO.

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Ejemplos de caracteres genéticos mendelianos en la especie humana

Fig. Algunos fenotipos en la especie humana. A y a) Lengua plegada y recta; D y d) lóbulo de la oreja libre y pegado; E y e) línea frontal del pelo en pico y recto; F y f) pulgar curvado y recto.

A aD d

E e F f

7Carácter genético

?

?

Gen

Los genes para Mendel

?

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UN GEN UNA ENZIMA.

En 1901 los estudios de GARROD sobre la alcaptonuria permitieron empezar a conocer cómo actuaban los genes.La alcaptonuria es una enfermedad hereditaria recesiva debida a una

alteración en el metabolismo celular que determina la aparición del ácido homogentísico . Este ácido provoca al oxidarse el ennegrecimiento de la orina y un color grisáceo en los cartílagos y ligamentos, también puede llegar a producir artritis.El ácido homogentísico aparece en el metabolismo del aminoácido

fenilalanina. Por la acción de diversas enzimas la fenilalanina se transforma en tirosina, otro aminoácido, después, en ácido polihidroxifenilpirúvico y, finalmente, en ácido homogentísico. Fenilalanina →→→→ Tirosina →→→→ Ácido polihidroxifenilpirúvico →→→→Ácido HomogentísicoEn las personas sanas el ácido homogentísico es transformado por la

enzima homogentísico-oxidasa en el ácido 4-maleil-acetoacético que, posteriormente, se transformará en acetil-CoA, que será degradada en el Ciclo de Krebs a CO2 y H2O.GARROD llegó a la conclusión de que el gen normal (A) produce la enzima

necesaria, mientras que el gen (a) recesivo no la produce. Ésta era la primera vez que se relacionaba un gen con una enzima y, por tanto, con una reacción.

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Fenilalanina > Tirosina > ácido polihidroxifenilpirúv ico > ácido homogentísico > X > ácido maleilacetoacético > ácido fumarilacetoacético > ácido fumárico > ácido acetoacé tico >acetil Coa > Ciclo de Krebs

Ácido homogentísico

A. E. Garrod

UN GEN UNA ENZIMA – LOS ESTUDIOS DE GARROD

12Carácter genético

Proceso metabólico

Enzima-Polipéptido

Gen

Los genes para Garrod

?

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¿CUÁL ES LA NATURALEZA DEL MATERIAL GENÉTICO?

I) LOS EXPERIMENTOS DE GRIFFIT: La bacteria Diploco ccus pneumoniaees un pneumococo, una bacteria causante de enfermed ades. Existen dos cepas, la S (Smooth = lisa), virulenta, y la R (roug h = rugosa), no virulenta. Las bacterias S, vivas, producen la muerte en los r atones, pero no la produce si están muertas. Las segundas no son capac es de desarrollar la enfermedad. En 1928 Griffith realizó con esta bacter ias las siguientes experiencias:

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Los experimentos de Griffit I

Experiencia 1: Al inyectar en ratones (2) bacterias del tipo S (virulentas) (1) se produce la muerte de los animales por neumonía (3). Un cultivo posterior (4) detectaba la presencia de bacterias S en el animal muerto.

Experiencia 2: La inyección (2) de bacterias R no virulentas (1) no tenía efectos sobre los animales (3). Un cultivo de tejidos del animal después de la inyección no detectaba la presencia de bacterias de ninguna de las cepas (4).

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Los experimentos de Griffit II

Experiencia 3: Al inyectar bacterias S virulentas muertas, por tratamiento con calor (2), los ratones no desarrollaban la enfermedad (3). Un cultivo de tejidos del animal no detectaba bacterias (4).

Experiencia 4: Al inyectar a los ratones (2) una mezcla de bacterias no virulentas R y S, virulentas, muertas por calor (1), los ratones desarrollan la enfermedad y mueren (3). En los cultivos se observan bacterias de tipo S y R (4).

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II) LOS EXPERIMENTOS DE AVERY y colaboradores:

En 1944. AVERY, MCLEOD y MCCARTHY, se propusieron encontrar cuál era el componente que transmitía el carácter heredable y llegan a la conclusión de que era el ADN de las bacterias virulentas S el que producía la transformación de las R no virulentas en S virulentas.Estas experiencias demostraban que el

ADN era la molécula que contenía la información necesaria para que las bacterias S fueran virulentas y que, a pesar de estar muertas, su ADN no estaba destruido y podía pasar al medio y de aquí a las bacterias de cepa R integrándose en el genoma de éstas y transformándolas en virulentas.Avery y sus colaboradores llevaron a cabo

estas experiencias en el Instituto Rockfellerde New-York y tardaron 10 años en purificar el factor de transformación de Griffit.

Oswald Avery (1877 - 1955)

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Explicación de los experimentos de GriffitExplicación de los experimentos de Griffit

Transformación de bacterias R (no virulentas) en S (virulentas) al adquirir ADN de bacterias S muertas por calor.

Transformación de bacterias R (no virulentas) en S (virulentas) al adquirir ADN de bacterias S muertas por calor.

Bacteria S muerta por calor

ADN

Bacteria R no virulenta

Transformación de una bacteria R en S

18Carácter genético

Proceso metabólico

Enzima-Polipéptido

Gen

Los genes para Griffit y Avery

ADN

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HIPÓTESIS DE LA COLINEALIDAD DE CRICK

Una vez establecido el paralelismo entre genes y enzimas y tras ser propuesto en 1.953 el modelo de doble hélice del ADN por Watson y Crick, este último propuso la denominada Hipótesis de colinealidad de CRICK:

" Existe una correspondencia entre la secuencia de nucleótidos del gen y la secuencia de aminoácidos d e la enzima

codificada".

T A C G T T A C G A A T G C T T A A A T C

3’ ADN 5’

H–Met – Gln – Cys – Leu – Arg - Ile-OH

péptido

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1865 Mendel presenta su monografía sobre las leyes de la herencia.1865 Mendel presenta su monografía sobre las leyes de la herencia.

1928 Griffit descubre que una molécula es la que determina los caracteres hereditarios.

1928 Griffit descubre que una molécula es la que determina los caracteres hereditarios.

1944 Avery y col. Descubren que el factor transformante de Griffit es el ADN.

1944 Avery y col. Descubren que el factor transformante de Griffit es el ADN.

1901 Garrod Relaciona por primera vez una enzima con la manifestación de un carácter hereditario.

1901 Garrod Relaciona por primera vez una enzima con la manifestación de un carácter hereditario.

1952 Crick plantea la Hipótesis de la colinealidad.1952 Crick plantea la Hipótesis de la colinealidad.

EL ADN COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

21Carácter genético

Proceso metabólico

Enzima-Polipéptido

Gen

Cromosoma

ADNEl ADN y los caracteres genéticos

EL DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

ADN

ARN

Polipéptido

Carácter

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Aa Aaa a

Gen a Gen a

ADN

Enzima

carácter

Herencia de los caracteres mendelianos.

Ejemplo de cómo se hereda el carácter pelo albino de los ratones a partir de padres negros heterocigóticos.

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